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Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Nanocompositos de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) e nanotubos de carbono
Title Alternative: Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) carbon nanotubes nanocomposites
Author: Lemes, Ana Paula
Advisor: Duran Caballero, Nelson Eduardo, 1942-
Abstract: Resumo: Esse trabalho avaliou o efeito da adição de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTC) nas propriedades térmicas e mecânica, morfologia e hidrofobicidade do poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), o PHBV. A adição de nanotubos de carbono poderia implicar em melhora das propriedades do PHBV, um poliéster natural que devido à sua biodegradabilidade e biocompatibilidade possui um grande potencial de aplicação. Assim, nanocompósitos de PHBV/NTC foram produzidos por mistura em solução, seguida de evaporação do solvente. Na produção dos PHBV/NTC, avaliou-se a utilização de banho de ultrassom, processador ultrassônico e a funcionalização dos NTC por reações de oxidação. Primeiramente, foi realizada a caracterização e a funcionalização dos NTC por dois métodos: oxidação com ácido nítrico (HNO3) e oxidação com peróxido de hidrogênio (H2O2), variando-se o tempo de reação. Após oxidação, os NTC foram abreviados como NTCOOH e caracterizados quanto à presença de grupos funcionais em sua superfície e danos causados em sua estrutura. Os NTCOOH obtidos na oxidação com HNO3 mostraram uma maior estabilidade térmica em comparação àqueles obtidos na oxidação com H2O2. A produção de carbono amorfo variou em função do tempo de oxidação para HNO3 e permaneceu constante para H2O2. Não foi verificada diferença significativa na quantificação de hidroxilas, carbonilas e carboxilas na superfície dos NTCOOH. A oxidação com HNO3 3 mol L por 12 horas mostrou-se mais apropriada para a produção dos nanocompósitos de PHBV/NTCOOH. Posteriormente, nanocompósitos de PHBV/NTC e PHBV/NTCOOH com 0,05 % (m/m) de NTC e de NTCOOH, respectivamente, foram produzidos utilizando banho de ultrassom. As análises de DSC mostraram que os NTC e NTCOOH agem como agentes nucleantes no processo de cristalização do PHBV e que o PHBV/NTC e PHBV/NTCOOH possuem o mesmo comportamento térmico. As micrografias de SEM mostraram uma boa adesão interfacial dos NTC e NTCOOH com a matriz de PHBV, e a formação de aglomerados menores no caso dos PHBV/NTCOOH, indicando que a oxidação dos NTC melhorou sua dispersão na matriz de PHBV. Finalmente, nanocompósitos de PHBV/NTC contendo 0,05, 0,50, 1,00, 1,50 e 2,00 % (m/m) de NTC e PHBV/NTCOOH 2,00 % (m/m) foram produzidos, utilizando processador ultrassônico para a dispersão dos NTC. Verificou-se que o efeito nucleante do NTC foi proporcional ao aumento de sua concentração nos PHBV/NTC e que o pequeno aumento de estabilidade térmica (~7 ºC) verificada não variou com a concentração de NTC. A utilização do processador ultrassônico melhorou acentuadamente a dispersão dos NTC nos nanocompósitos e a hidrofobicidade das superfícies dos PHBV/NTC aumentou em função da concentração de NTC. O nanocompósito de PHBV/NTC 1,50 % (m/m) apresentou os melhores resultados nos ensaios mecânicos de tração, com aumento de 48 % no módulo de elasticidade, 49 % na tensão na força máxima e menor perda de alongamento (37 %) em comparação ao PHBV puro. Essas melhorias não foram verificadas para o PHBV/NTC 2,00 % (m/m), mas foram verificadas para PHBV/NTCOOH 2,00 % (m/m), indicando que a oxidação dos NTC permitiu a obtenção de boas propriedades mecânicas para maiores concentrações de NTC. Um resultado muito importante desse trabalho foi a sua baixa adesão a coágulos sanguíneos (baixa Trombogenicidade) verificada para o PHBV/NTC, o que amplia a possibilidade de aplicação desses nanocompósitos na área médica

Abstract: This work has evaluated the effect of addition of multi walled carbon nanotubes (NTC) in the thermal and mechanical properties, morphology and hydrophobicity of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), the PHBV. The addition of carbon nanotubes could result in an improvement of PHBV properties, a natural polyester that due to its biodegradability and biocompatibility has an important application potential. Thus, nanocomposites of PHBV/NTC were produced by solution mixing, and then solvent casting. In the production of PHBV/NTC, we have evaluated the use of ultrasonic bath, ultrasonic processor and the functionalization of NTC by oxidation reactions, in the NTC dispersion in the PHBV matrix. First, we have performed the NTC characterization and functionalization by two methods: oxidation with nitric acid (HNO3) and oxidation with hydrogen peroxide (H2O2), at different reaction times. After oxidation, NTC (abbreviated as NTCOOH) were characterized for the presence of functional groups on their surface and the damage of their structure. The NTCOOH obtained from oxidation with HNO3 showed a higher thermal stability compared to those obtained in the H2O2 oxidation. The amorphous carbon production varied with the oxidation time to HNO3 and remained constant for H2O2. There was no significant difference in the quantification of hydroxyl, carbonyl and carboxyl groups on the surface of NTCOOH. The oxidation with HNO3 3 mol L for 12 hours was more suitable for the production of nanocomposites PHBV/NTCOOH. Subsequently, nanocompósitos of PHBV/NTC and PHBV/NTCOOH were produced using ultrasonic bath with 0.05 % (m/m) of NTC and NTCOOH, respectively. The DSC analysis showed that the NTC and NTCOOH act as nucleating agents and that the PHBV/NTC and PHBV/NTCOOH have the same thermal behavior. The SEM micrographs showed a good interfacial adhesion between the NTC and NTCOOH with PHBV matrix, and the formation of smaller agglomerates in the case of PHBV/NTCOOH indicated that oxidation of NTC improved their dispersion in the PHBV matrix. Finally, nanocomposites PHBV/NTC with 0.05, 0.50, 1.00, 1.50 and 2.00 % (m/m) of NTC and PHBV/NTCOOH with 2.00 % (w/w) were produced using ultrasonic processor for the NTC dispersion. It was found that the nucleating effect of NTC was proportional to increase of its concentration in the PHBV/NTC and the small increase observed in the thermal stability (~7°C) did not depended on the concentration of NTC. The use of ultrasonic processor greatly improved the dispersion of NTC in the nanocomposites and the hydrophobicity of the PHBV/NTC increases with increasing concentration of NTC. The nanocomposite of PHBV/NTC 1.50 % (w/w) showed the best results in tensile test, with 48 % increase in elastic modulus of, 49 % in maximum tensile strength and smaller decrease on elongation (37 %) compared to the pure PHBV. These improvements were not observed for PHBV/NTC 2.00 % (m/m) but were observed for PHBV/NTCOOH 2.00 % (m/m), indicating that oxidation of NTC allowed to obtain better mechanical properties for higher concentrations of NTC. A very important result in this work was the low adherence to blood clots (low thrombogenicity) verified for the PHBV/NTC 2.00 % (w/w), which extends the application of these nanocomposites in the medical field
Subject: Nanocompósitos (Materiais)
Nanotubos de carbono
Biomateriais
Biopolímero
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2010
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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